Динамика расширения Вселенной

Как упоминалось ранее, динамика расширения Вселенной определяется плотностью материи и уравнением ее, состояния (связью между плотностью и давлением). Нетрудно видеть, что в период адронной эры эта связь зависит от микроскопических свойств взаимодействия элементарных частиц. Таким образом, мы вплотную подошли к вопросу, отмеченному во введении: свойства Вселенной, оказывается, связаны со структурой микромира – «неэлементарными» свойствами элементарных частиц. Что представляла собой космологическая плазма при столь высоких плотностях и энергиях частиц?

Долгое время попытки ответить на этот вопрос сталкивались с отсутствием удовлетворительной теории, описывающей взаимодействие элементарных частиц при высоких плотностях материи. Даже сейчас, когда физика частиц высоких энергий достигла колоссального, прогресса в описании свойств «элементарных кирпичиков» – кварков, еще нет полной уверенности в справедливости экстраполяции известных в настоящее время законов их взаимодействия на экстремально плотный этап расширения Вселенной 10. Именно поэтому мы можем говорить лишь о некоторой возможной схеме эволюции сверхплотного вещества, справедливость которой еще предстоит неоднократно проверить.

Эта схема базируется на представлениях о кварковой структуре известных (и неизвестных) в настоящее время частиц, таких, например, как протон, нейтрон, пи-мезоны и т. д., входящих в семейство сильновзаимодействующих частиц – адронов. Подобно тому как при высоких температурах в лептонную эру расширения Вселенной атомы и молекулы теряли свою индивидуальность и основными объектами были протоны, нейтроны, электроны и т. д., на адронном периоде эволюции Вселенной определяющую роль играют процессы взаимопревращения истинно элементарных частиц – кварков.

В настоящее время считается, что в природе существуют шесть типов кварков, каждый из которых обладает, подобно электрону, спином 112, дробным барионным и электрическим зарядами. Кроме того, каждому кварку становится в соответствие новое квантовое число – «цвет» («красный», «синий» и «желтый»), введение которого необходимо для согласования кварковой структуры адронов с известным принципом Паули, запрещающим существование двух частиц со спином 7r в одинаковых квантовых состояниях.